DE19530904B4

DE19530904B4 - Device for detecting a position of an object moving rotationally or translationally relative to a base

Info

Publication number: DE19530904B4
Application number: DE19530904A
Authority: DE
Inventors: Frank Göhring
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2015-08-24
Also published as: DE19530904A1; US5783817A

Abstract

Vorrichtung zur Erfassung einer Position eines sich relativ zu einer Basis rotatorisch oder translatorisch bewegenden Objektes mit einer periodisch wiederkehrende Markierungen aufweisenden Inkrementalspur und einer Indexspur mit Indexmarkierungen zur Kennzeichnung eines Absolutwertes der Position des Objektes und mit einem Sensor, welcher zum Abtasten der Inkrementalspur ausgebildet ist, und einem Sensor, welcher zum Abtasten der Indexspur ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass zur Abtastung der Inkrementalspur (2) ein weiterer Sensor (16) vorgesehen ist, wobei die beiden Sensoren (14, 16) zur Abtastung der Inkrementalspur (2) um eine halbe Abtastperiode (18) versetzt sind und komplementäre Spannungssignale (24, 23) erzeugen,
– dass eine weitere Indexspur (5) mit Indexmarkierungen (10, 11) von einem Sensor (20) abgetastet wird, wobei die Indexmarkierungen (10, 11) der weiteren Indexspur (5) komplementär zu den Indexmarkierungen (7, 8) der Indexspur (4) angeordnet sind und die Sensoren (19, 20) der beiden Indexspuren (4, 5) komplementäre Spannungssignale (21, 22) liefern,...Apparatus for detecting a position of an object moving rotationally or translationally relative to a base with an incremental track having periodic marks and an index track with index marks for indicating an absolute value of the position of the object and a sensor adapted to scan the incremental track, and a sensor which is designed to scan the index track,
characterized,
- that for scanning the incremental track (2), a further sensor (16) is provided, wherein the two sensors (14, 16) for scanning the incremental track (2) by half a sampling period (18) are offset and complementary voltage signals (24, 23 ) produce,
In that a further index track (5) with index marks (10, 11) is scanned by a sensor (20), the index marks (10, 11) of the further index track (5) being complementary to the index marks (7, 8) of the index track ( 4) are arranged and the sensors (19, 20) of the two index tracks (4, 5) provide complementary voltage signals (21, 22), ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Position eines sich relativ zu einer Basis rotatorisch oder translatorisch bewegenden Objektes mit einer periodisch wiederkehrende Markierungen aufweisenden Inkrementalspur und einer Indexspur mit Indexmarkierungen zur Kennzeichnung eines Absolutwertes der Position des Objektes und mit einem Sensor, welcher zum Abtasten der Inkrementalspur ausgebildet ist, und einem Sensor, welcher zum Abtasten der Indexspur ausgebildet ist.The The invention relates to a device for detecting a position one is rotatory or translational relative to a base moving object with a periodically recurring markings Incremental track and an index track with index marks for marking an absolute value of the position of the object and a sensor adapted to sense the incremental track and a sensor configured to scan the index track is.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-4041491-A1 bekannt, wobei die Indexmarkierungen bei Bewegung des Objektes serielle Signale erzeugen, welche einen Absolutwert der Stellung des Objektes beinhalten.A such device is known from DE-4041491-A1, wherein the Index markers generate serial signals when the object moves which include an absolute value of the position of the object.

Weitere Vorrichtungen zur Positionsbestimmung anhand von mit Markierungen versehenen Messspuren sind außerdem in der DE-4226683-A1, der DE-69317499-T2 und der DE-3117554-C2 offenbart.Further Devices for determining position by means of markings provided measuring tracks are as well in DE-4226683-A1, the DE-69317499-T2 and DE-3117554-C2.

Allgemein sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Position des Objektes durch Zählwerte aus den Sensoren der Inkrementalspur bestimmt wird, so dass von einem bekannten Ausgangswert die Position des Objektes festgestellt wird. Mit der Indexmarkierung lässt sich der Absolutwert der Position feststellen und als Ausgangswert für die weitere Bestimmung der Position über die Zählwerte nutzen.Generally Devices are known in which the position of the object by counts is determined from the sensors of the incremental track, so by a known output value, the position of the object detected becomes. With the index mark lets determine the absolute value of the position and as the initial value for the further determination of position over the counts use.

Bei einer Vorrichtung zur Erfassung des Stellwinkels und der Drehzahl eines Motors eines Kraftfahrzeuges ist auf dem Umfang der Schwungscheibe meist ein Zahnkranz angeordnet, der von einem induktiven Sensor abgetastet wird. Um einen Ausgangswert zu erlangen, fehlen an einer Stelle zwei Zähne. Markierungen der Inkrementalspur und die Indexmarkierung sind somit auf einer einzigen Spur vereinigt. Die fehlenden zwei Zähne dienen der Markierung des Ausgangswertes, häufig des oberen Totenpunktes eines Kolbens. Der genaue Stellwinkel wird dann über die Zählwerte bestimmt.at a device for detecting the adjustment angle and the speed an engine of a motor vehicle is on the circumference of the flywheel usually a sprocket arranged by an inductive sensor is scanned. To get an initial value, missing in one place two teeth. Incremental track marks and index marks are thus united on a single track. The missing two teeth serve marking the initial value, often the top dead center a piston. The exact adjustment angle is then determined via the counts.

Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, durch eine ständige Erfassung der Position des Objektes sehr viel Rechenleistung in Anspruch zu nehmen. Besonders nachteilig macht sich die Bestimmung der Position mit Zählwerten bei hohen Geschwindigkeiten des Objektes bemerkbar, da dann eine hohe Abtastrate erforderlich ist.These Devices have the disadvantage, by a constant detection of the position the object to take a lot of computing power to complete. Especially disadvantageous is the determination of the position with counts noticeable at high speeds of the object, since then a high sampling rate is required.

Bei der kombinierten Erfassung der Drehzahl und des Stellwinkels des Motors eines Kraftfahrzeuges fallen die oben genannten Nachteile besonders stark ins Gewicht, da der Motor gewöhnlich in einem großen Drehzahlbereich arbeitet. Weiterhin steht der Absolutwert der Position nur einmal während einer Umdrehung des Motors zur Verfügung. Gestiegene Anforderungen an den Motorrundlauf bei einem abgesenkten Leerlaufdrehzahlniveau erfordern eine wesentlich höhere Winkelauflösung des Sensorsystems.at the combined detection of the speed and the angle of the Motors of a motor vehicle fall the above-mentioned disadvantages particularly strong, since the engine usually in a wide speed range is working. Furthermore, the absolute value of the position is only once while one revolution of the engine. Increased requirements to the engine circling at a lowered idle speed level require a much higher angular resolution of the sensor system.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass sie mehrere Absolutwerte der Position des Objektes mit einer verbesserten Genauigkeit erfasst.Of the Invention is based on the problem, a device of the above be designed so that they have several absolute values of Position of the object detected with improved accuracy.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Abtastung der Inkrementalspur ein weiterer Sensor vorgesehen ist, wobei die beiden Sensoren zur Abtastung der Inkrementalspur um eine halbe Abtastperiode versetzt sind und komplementäre Spannungssignale erzeugen, dass eine weitere Indexspur mit Indexmarkierungen von einem Sensor abgetastet wird, wobei die Indexmarkierungen der weiteren Indexspur komplementär zu den Indexmarkierungen der Indexspur angeordnet sind und die Sensoren der beiden Indexspuren komplementäre Spannungssignale liefern, dass aus den komplementären Spannungssignalen der Inkrementalspur eine logische Spur und aus den komplementären Spannungssignalen der Indexspuren eine logische Spur erzeugt wird, und dass die Position des Objektes aus einem seriellen Code bestimmbar ist, der in einer weiteren logischen Spur enthalten ist, welche durch eine Verknüpfung der logischen Spur der Indexspuren und der logischen Spur der Inkrementalspur entsteht.This Problem is inventively characterized solved, in that an additional sensor is provided for scanning the incremental track is, wherein the two sensors for scanning the incremental track to half a sampling period are offset and complementary voltage signals generate another index track with index marks of a sensor is scanned, wherein the index marks the other Index track complementary to the index marks of the index track are arranged and the sensors the two index tracks provide complementary voltage signals, that from the complementary Voltage signals of the incremental track a logical track and off the complementary voltage signals the index tracks a logical track is generated, and that the position of the object can be determined from a serial code which is in a is included further logical track, which by linking the logical track of the index tracks and the logical track of the incremental track arises.

Damit liegen die Absolutwerte der Position des Objektes auf der weiteren logischen Spur in digitalisierter Form vor, das heißt, in einer zeitlichen Abfolge von Signalen mit den Werten "1" und "0", wodurch besonders viele voneinander verschiedene Indexmarkierungen auf den Indexspuren vorhanden sein können. Ein solcher serieller Code ermöglicht eine sichere Bestimmung der exakten Position des Objektes. Die Inkrementalspur legt allein durch ihre Abmessungen eine Abtastperiode fest und erzeugt mit der Geschwindigkeit des Objektes eine Abtastfrequenz. Diese Abtastfrequenz dient hierbei als Taktgeber für die zeitliche Abfolge der Signale der weiteren logischen Spur. Die Indexspuren können nun so viele Indexmarkierungen enthalten, wie an Absolutwerten benötigt werden, so dass keine Bestimmung über Zählwerte erfolgt. Die Indexmarkierungen selbst können sich aus mehreren Markierungen mit unterschiedlichen Abmessungen zusammensetzen. Wichtig ist bei der Auswahl dieser Markierungen lediglich, dass sie in Verbindung mit den Markierungen der Inkrementalspur eine eigentümliche zeitliche Abfolge mit den Werten "0" und "1" auf der weiteren logischen Spur erzeugen. Die Zuordnung der einzelnen seriellen Codes zu den Absolutwerten der Positionen lässt sich beispielsweise erstellen, wenn bei gleichzeitigen Low-Pegeln der Sensoren der Inkrementalspur und der Sensoren der Indexspuren die weitere logische Spur eine "1" und ansonsten eine "0" hat.Thus, the absolute values of the position of the object on the further logical track are in digitized form, that is to say in a chronological sequence of signals with the values "1" and "0", whereby a particularly large number of mutually different index marks can be present on the index tracks , Such a serial code allows a reliable determination of the exact position of the object. The incremental track determines a sampling period only by its dimensions and generates a sampling frequency with the speed of the object. This sampling frequency serves as a clock for the time sequence of the signals of the other logical track. The index tracks can now contain as many index markers as are needed on absolute values so that no determination is made about counts. The index marks themselves may be composed of several markers of different dimensions. When selecting these markings, it is important that they are used in conjunction with the markings of In krementalspur create a peculiar time sequence with the values "0" and "1" on the further logical track. The assignment of the individual serial codes to the absolute values of the positions can be created, for example, if, with simultaneous low levels of the sensors of the incremental track and the sensors of the index tracks, the further logical track has a "1" and otherwise a "0".

Aufgrund der Verwendung von zwei Indexspuren, deren Indexmarkierungen komplementär zueinander angeordnet und von jeweils einem Sensor abtastbar sind, lassen sich etwaige Fehler einfach kompensieren. Diese können entstehen, wenn nur ein Sen sor ein zu schwaches Signal liefert, beispielsweise wegen Verschmutzung bei optischen Markierungen oder wegen Toleranzen in der Entfernung der Markierungen von dem Sensor. Bei beispielsweise optischen Sensoren, die eine Spannung in Abhängigkeit von der einfallenden Lichtstärke liefern, nimmt die Lichtstärke durch Verschmutzung beider Sensoren ab. Ein Schaltzeitpunkt lässt sich dann noch immer durch eine gleich große elektrische Spannung der Sensoren exakt festlegen.by virtue of the use of two index tracks whose index marks are complementary to each other can be arranged and scanned by one sensor, can be easily compensate for any errors. These can arise if only one Sen sor provides a weak signal, for example, because of pollution for optical markings or because of distance tolerances the marks from the sensor. For example, optical sensors, the one voltage depending from the incident light intensity deliver, decreases the light intensity due to contamination of both sensors. A switching time can be then still by an equal voltage of the Specify sensors exactly.

Es lässt sich dann aus den beiden komplementären Signalen ein digitales Signal gewinnen, welches wesentlich exakter einer Position des Objektes zuzuordnen ist als ein von einer Lichtstärke abhängiges analoges Signal.It let yourself then from the two complementary ones Signals win a digital signal, which is much more accurate To assign a position of the object is as an dependent on a light intensity analog Signal.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird erreicht, wenn die Inkrementalspur von zwei um ein Viertel der Abtastperiode gegeneinander versetzten Sensoren abtastbar ist. Mit dem zweiten Sensor auf der Inkrementalspur wird ohne Erhöhung der Abtastrate eine Verdoppelung der Werte der weiteren logischen Spur und damit auch eine große Steigerung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Absolutwerte der Position erzielt. Weiterhin lässt sich damit die Bewegungsrichtung des Objektes erkennen.A Particularly advantageous development of the invention is achieved if the incremental trace of two by a quarter of the sampling period mutually offset sensors can be scanned. With the second Sensor on the incremental track will double the sample rate without increasing the sampling rate Values of the further logical track and thus also a big increase the accuracy in determining the absolute values of the position achieved. Continue lets thus recognize the direction of movement of the object.

Bei den Sensoren der Inkrementalspur lassen sich Fehler, die durch schwache Signale entstehen könnten, auch einfach kompensieren, wenn über der Inkrementalspur vier Sensoren, von denen jeder zum Abtasten eines Viertels der Abtastperiode ausgebildet ist, vorhanden sind. Jeweils zwei um eine halbe Abtastperiode versetzte Sensoren werden dann zu einem Sensor zusammengefasst. Durch diese Anordnung erzeugt jeder Sensor zwei komplementäre Signale. Weiterhin besitzen die Sensoren die Abmessung einer vollständigen Abtastperiode, wodurch auch ein elektronischer Ausgleich von Montageungenauigkeiten ermöglicht wird.at The sensors of the incremental track can be faulty by weak Signals could arise also just compensate if over the Incremental track four sensors, each of which is used for scanning a Quarter of the sampling period is formed, are present. Each two sensors offset by half a sampling period then become summarized to a sensor. Everybody creates by this arrangement Sensor two complementary Signals. Furthermore, the sensors have the dimension of a complete sampling period, thereby also an electronic compensation of assembly inaccuracies is made possible.

Häufig ist es nicht notwendig, zu jedem Zeitpunkt die exakte Position des Objektes zu ermitteln. Dann führt es zur Einsparung von Rechenleistung, wenn die Indexspuren jeweils Codebereiche mit komplementär zueinander angeordneten Indexmarkierungen und Bereiche mit zueinander nicht komplementär angeordneten Indexmarkierungen haben. In den Codebereichen mit den komplementär zueinander angeordneten Indexmarkierungen ist somit eine exakte Bestimmung der Absolutposition des Objektes möglich. Die Bereiche mit nicht komplementären Indexmarkierungen können als grob auflösende Inkremente Zählsignale bei hohen Geschwindigkeiten des Objekts generieren.Frequently it is not necessary at any time the exact position of the object to investigate. Then leads it to save on computational power when the index tracks respectively Code areas with complementary arranged index marks and areas with each other not complementary have arranged index marks. In the code areas with the complementary index marks arranged relative to each other is thus an exact one Determination of the absolute position of the object possible. The areas with not complementary index markers can as gross dissolving Increments counting signals generate at high speeds of the object.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, neben der Position des Objektes auch dessen Geschwindigkeit zu bestimmen. Dies kann dadurch geschehen, daß die Geschwindigkeit aus den Werten der Inkrementalspur ermittelt wird. Hierfür ist der Aufwand besonders einfach, weil sich die Geschwindigkeit des Objektes proportional zu der Abtastfrequenz verhält. Diese Möglichkeit führt zu besonders genauen Werten, hat aber den Nachteil, bei hohen Geschwindigkeiten eine hohe Abtastfrequenz zu erfordern. Durch einen periodischen Wechsel von nicht komplementärem Bereich und komplementärem Codebereich der Indexspuren läßt sich dieser Nachteil beseitigen. Damit wird aus den beiden Indexspuren eine neue logische Inkrementalspur mit einer größeren Abtastperiode und damit einer geringeren Abtastfrequenz bei gleicher Geschwindigkeit gewonnen. Diese neue logische Inkrementalspur wechselt dann zwischen den Zuständen "0" und "1" mit jedem Wechsel zwischen Bereich und Codebereich.With the device according to the invention Is it possible, in addition to determining the position of the object and its speed. This can be done by the Speed is determined from the values of the incremental track. Therefor The effort is particularly easy because of the speed of the object is proportional to the sampling frequency. These possibility leads to special exact values, but has the disadvantage at high speeds to require a high sampling frequency. By a periodic Change from non-complementary Area and complementary Code range of the index tracks can be this Eliminate disadvantage. This turns the two index tracks into one new logical incremental track with a larger sampling period and thus obtained a lower sampling frequency at the same speed. This new logical incremental track then switches between the states "0" and "1" every change between area and code area.

Häufig werden bei derartigen Vorrichtungen Sensoren eingesetzt, die die Markierungen induktiv erfassen. Diese Sensoren haben den Vorteil relativ unempfindlich gegen Verschmutzung zu sein. Nachteilig wirkt sich bei mehreren Spuren der relativ hohe Fertigungsaufwand für die Markierungen und die Sensoren aus. Sollen mehrere Spuren und Sensoren eingesetzt werden, ist es vorteilhaft, wenn die Spuren zur Abtastung mit optischen Sensoren ausgebildet sind. Die Markierungen sind dann im günstigsten Fall eine Abfolge von Schlitzen und Stegen.Become frequent used in such devices sensors that the markers Inductively detect. These sensors have the advantage of being relatively insensitive to be against pollution. Disadvantageous effect with several Traces the relatively high production costs for the markings and the sensors out. If several tracks and sensors are used, it is advantageous if the tracks for scanning with optical sensors are formed. The markings are then in the cheapest Case a sequence of slots and bars.

Die Erfindung eignet sich besonders für die Verwendung einer Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erfassung eines Stellwinkels und einer Drehzahl und zur Überwachung des Motorrundlaufs eines Motors eines Kraftfahrzeuges.The Invention is particularly suitable for the use of a device according to at least one of the preceding claims for detecting a setting angle and a speed and for monitoring the motor circuit of an engine of a motor vehicle.

Bei Motoren von Kraftfahrzeugen sind dann nur auf einer Nocken- oder Kurbelwelle oder auf einer Schwungscheibe mehrere Spuren mit Markierungen anzuordnen. Gerade bei Motoren mit mehreren Zylindern ist es von Vorteil, wenn zur Bestimmung des Zündzeitpunktes und des Einspritzimpulses der Stellwinkel des Motors für jeden Zylinder separat und exakt bestimmt wird. Damit kann der Motor gestartet werden, wenn der Zündzeitpunkt des ersten zu zündenden Zylinders feststeht. Im Vergleich zum Stand der Technik kann hierbei der Motor im günstigsten Fall eine Motorumdrehung früher gestartet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt auch eine Vielzahl von Indexmarkierungen, die für unterschiedliche Betriebsbedingungen des Motors verwendet werden können, ohne daß wie beim Stand der Technik Zählwerte gebildet werden müssen.In engines of motor vehicles then several tracks with markings are to be arranged only on a cam or crankshaft or on a flywheel. Especially for engines with multiple cylinders, it is advantageous if, for the determination of the ignition timing and the injection pulse, the setting angle of the engine for each cylinder separately and ex act is determined. Thus, the engine can be started when the ignition timing of the first cylinder to be ignited is fixed. Compared to the prior art, in this case the engine can be started earlier in the best case one engine revolution. The device according to the invention also permits a multiplicity of index markings which can be used for different operating conditions of the engine without having to form count values as in the prior art.

Die Drehzahl des Motors läßt sich je nach Anforderung an die Genauigkeit der Werte mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf drei Arten bestimmen. Es kann, beispielsweise für eine Anzeige der Drehzahl auf einem Drehzahlmesser, eine bestimmte Indexmarkierung, die nur einmal pro Umdrehung auftritt, erfaßt werden. Die genaueste Methode zur Bestimmung der Drehzahl stellt jedoch die Messung der Abtastfrequenz der Inkrementalspur dar. Da sie eine hohe Abtastfrequenz erfordert, ist sie hauptsächlich zur Erfassung von niedrigen Drehzahlen geeignet. Alternativ dazu läßt sich die Drehzahl auch durch einen periodischen Wechsel von nicht komplementärem Bereich und komplementärem Codebereich der Indexspuren bestimmen. Damit wird aus den beiden Indexspuren eine neue logische Inkrementalspur mit einer größeren Abtastperiode und damit einer geringeren Abtastfrequenz bei gleicher Geschwindigkeit erzeugt. Die Genauigkeit dieser Methode liegt damit zwischen den beiden anderen.The Speed of the engine can be depending on the requirement for the accuracy of the values with the device according to the invention determine in three ways. It can, for example, for an ad the speed on a tachometer, a certain index mark, which occurs only once per revolution. The most accurate method however, the measurement of the sampling frequency is used to determine the speed the incremental track. Since it requires a high sampling frequency, is she mainly for? Detection of low speeds suitable. Alternatively, it can be the speed also by a periodic change of non-complementary area and complementary Determine the code range of the index tracks. This turns the two index tracks a new logical incremental track with a larger sampling period and thus generates a lower sampling frequency at the same speed. The accuracy of this method is thus between the other two.

Da ein ungleichmäßiger Motorrundlauf darauf hindeutet, daß beispielsweise eine fehlerhafte Verbrennung vorliegt oder die Leerlaufdrehzahl zu niedrig ist, sollte er überwacht werden. Besonders wichtig ist diese Überwachung im niedrigen Drehzahlbereich. Im hohen Drehzahlbereich ist es jedoch wichtig, die Abtastfrequenz nicht zu groß werden zu lassen. Ein derartiger Zielkonflikt ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach zu lösen, wenn bei niedrigen Drehzahlen der Motorrundlauf durch Überwachung der Inkrementalspur erreicht wird. Bei hohen Drehzahlen kann dazu einfach auf den periodischen Wechsel von nicht komplementärem Bereich und komplementärem Codebereich der Indexspuren umgeschaltet werden. Dank der Erfindung ergibt sich auch im Bereich niedriger Drehzahlen eine deutlich höhere Winkelauflösung.There an uneven motor circuit suggesting that, for example there is a faulty combustion or idle speed too low, he should be monitored become. This monitoring is particularly important in the low speed range. In the high speed range, however, it is important to the sampling frequency do not get too big allow. Such a conflict of objectives is with the device according to the invention easy to solve, if at low engine revolutions through monitoring the incremental track is reached. At high speeds can do this simply on the periodic change of non-complementary area and complementary Code range of the index tracks are switched. Thanks to the invention also results in the range of low speeds a much higher angular resolution.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe Invention leaves numerous embodiments to. To further clarify their basic principle are two of them shown in the drawing and are described below. This shows in

1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Position eines translatorisch bewegenden Objektes mit einer Auswertung von Signalen, 1 1 a representation of a device according to the invention for detecting the position of a translationally moving object with an evaluation of signals,

2 eine Darstellung einer Scheibe mit Markierungen für einen Motor eines Kraftfahrzeugs. 2 a representation of a disc with markings for an engine of a motor vehicle.

Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines Streifens 1, auf dem drei Spuren mit Markierungen angeordnet sind. Die mittlere Spur ist eine Inkrementalspur 2 mit periodisch wiederkehrenden Markierungen 3. Die äußeren beiden Spuren sind Indexspuren 4, 5 mit Indexmarkierungen 6–11, die sich durch eine unterschiedliche Länge und durch unterschiedliche Abstände voneinander auszeichnen. Die Indexspuren 4, 5 sind in einen Bereich 12, in denen beide nicht komplementäre Indexmarkierungen 6, 9 aufweisen, und in einen Codebereich 13 mit komplementär angeordneten Indexmarkierungen 6, 7, 10, 11 unterteilt. Über der Inkrementalspur 2 sind vier Sensoren 14–17 angeordnet, die jeweils zum Abtasten eines Viertels seiner Abtastperiode 18 ausgebildet sind. Folglich decken die Sensoren 14–17 zusammen eine ganze Abtastperiode 18 ab. Über den Indexspuren 4, 5 befindet sich jeweils ein Sensor 19, 20 der gleichen Art wie ein Sensor 14–17 über der Inkrementalspur 2. Die Sensoren 14–17, 19, 20 sind hier optische Sensoren, die eine von einem Lichteinfall abhängige Spannung liefern. Die periodisch wiederkehrenden Markierungen 3 und die Indexmarkierungen 6–11 bestehen aus Schlitzen und Stegen im Streifen 1, so daß Licht in Abhängigkeit von der Position des Streifens 1 auf die Sensoren 14–17, 19, 20 fällt.The 1 shows a section of a strip 1 , on which three tracks with markings are arranged. The middle lane is an incremental lane 2 with periodically recurring markings 3 , The outer two tracks are index tracks 4 . 5 with index marks 6 - 11 , which are characterized by a different length and by different distances from each other. The index tracks 4 . 5 are in an area 12 in which both are non-complementary index markers 6 . 9 and in a code area 13 with complementarily arranged index marks 6 . 7 . 10 . 11 divided. Above the incremental track 2 are four sensors 14 - 17 each arranged to sample a quarter of its sample period 18 are formed. Consequently, the sensors cover 14 - 17 together a whole sampling period 18 from. About the index tracks 4 . 5 there is one sensor each 19 . 20 the same kind as a sensor 14 - 17 above the incremental track 2 , The sensors 14 - 17 . 19 . 20 Here are optical sensors that provide a dependent of a light incidence voltage. The periodically recurring marks 3 and the index marks 6 - 11 consist of slots and webs in the strip 1 so that light depends on the position of the strip 1 on the sensors 14 - 17 . 19 . 20 falls.

Die Sensoren 14–17, 19, 20 selbst liefern ein analoges Spannungssignal 21–26, welches bei einem Vorbeibewegen an einer Markierung 3 bzw. einer Indexmarkierung 6–11 langsam auf einen maximalen wert ansteigt, um anschließend wieder abzufallen. Damit die Position der Markierung 3 bzw. einer Indexmarkierung 6–11 eindeutig bestimmt werden kann, werden grundsätzlich zueinander komplemen täre Spannungssignale 21, 22; 23, 24; 25, 26 ausgewertet. Im Codebereich 13 sind die Spannungssignale 21, 22 der Sensoren 19, 20 der Indexspuren 4, 5 komplementär zueinander. Bei der Inkrementalspur 2 liefern die jeweils um eine halbe Abtastperiode 18 versetzten Sensoren 14, 16; 15, 17 immer komplementäre Spannungssignale 23–26. Ein nicht dargestellter Digital-/Analog-Wandler erzeugt dann aus zwei komplementären Spannungssignalen 21–26 eine logische Spuren 27, 29, 30, indem er regelmäßig bei gleich großen Werten der komplementären Spannungssignale 21, 22; 23, 24; 25, 26 zwischen den Zuständen "0" und "1" wechselt. Beispielsweise wird damit aus den analogen Spannungssignalen 21, 22 der Sensoren 19, 20 der Indexmarkierungen 8–11 eine logische Spur 27 erzeugt. Um diese logische Spur 27 einer Position des Streifens 1 zuzuordnen, muß diese mit einer von der Geschwindigkeit des Streifens 1 abhängigen Taktfrequenz verknüpft werden. Dazu werden aus den vier analogen Spannungssignalen 23-26 der Sensoren 14–17 der Inkrementalspur 2 zwei weitere logische Spuren 29, 30 gebildet. Diese logischen Spuren 29, 30 stellen eine direkte Funktion von Abtastperiode 18 und Geschwindigkeit des Streifens 1 dar. Durch eine Verknüpfung der logischen Spur 27 der Indexspuren 4, 5 und der logischen Spuren 29, 30 der Inkrementalspur 2 entsteht letztlich eine weitere logische Spur 31, welche einen seriellen Code 32 beinhaltet, mit welchem die Position des Streifens 1 eindeutig bestimmbar ist. Es würde auch genügen, aus der Inkrementalspur 2 nur eine logische Spur 29 zu erzeugen. Der Vorteil der beiden logischen Spuren 29, 30, die lediglich um ein Viertel der Abtastperiode 18 versetzte Werte haben, liegt darin, daß dadurch ohne Erhöhung einer Abtastfrequenz eine Halbierung der Abtastperiode 18 ermöglicht wird. Dies führt zu einer genaueren Bestimmung der Position des Streifens 1.The sensors 14 - 17 . 19 . 20 itself provide an analogue voltage signal 21 - 26 which when passing a mark 3 or an index mark 6 - 11 slowly increases to a maximum value, then decreases again. Thus the position of the mark 3 or an index mark 6 - 11 can be clearly determined, are fundamentally complementary to each other voltage signals 21 . 22 ; 23 . 24 ; 25 . 26 evaluated. In the code area 13 are the voltage signals 21 . 22 the sensors 19 . 20 the index tracks 4 . 5 complementary to each other. At the incremental track 2 deliver each by half a sampling period 18 offset sensors 14 . 16 ; 15 . 17 always complementary voltage signals 23 - 26 , An unillustrated digital / analog converter then generates two complementary voltage signals 21 - 26 a logical trace 27 . 29 . 30 by taking regularly at equal values of the complementary voltage signals 21 . 22 ; 23 . 24 ; 25 . 26 between states "0" and "1". For example, it will be out of the analog voltage signals 21 . 22 the sensors 19 . 20 the index marks 8th - 11 a logical track 27 generated. To this logical track 27 a position of the strip 1 To associate this with one of the speed of the strip 1 dependent clock frequency are linked. To do this, the four analogue voltage signals are used 23 - 26 the sensors 14 - 17 the incremental track 2 two more logical tracks 29 . 30 educated. These logical tracks 29 . 30 make a direct function of sampling period 18 and speed of the strip 1 By linking the logical track 27 the index tracks 4 . 5 and the logical tracks 29 . 30 the incremental track 2 ultimately creates another logical trail 31 , which is a serial code 32 includes, with which the position of the strip 1 is clearly determinable. It would also suffice, from the incremental track 2 only a logical track 29 to create. The advantage of the two logical tracks 29 . 30 that only by a quarter of the sampling period 18 have offset values, is that thereby halving the sampling period without increasing a sampling frequency 18 is possible. This leads to a more accurate determination of the position of the strip 1 ,

Um eine Geschwindigkeit des Streifens 1 anhand eines periodischen Wechsels der Codebereiche 13 und der nicht komplementären Bereiche 12 zu bestimmen, wird eine neue logische Spur 28 gebildet, welche immer bei einem Wechsel von nicht komplementärem Bereich 12 und Codebereich 13 ihren Zustand ändert. Diese logische Spur 28 verhält sich damit wie eine weitere Inkrementalspur.At a speed of the strip 1 based on a periodic change of the code areas 13 and the non-complementary areas 12 to determine is a new logical track 28 formed, which always at a change of non-complementary area 12 and code area 13 her condition changes. This logical track 28 behaves like another incremental track.

In 2 sind auf einer Scheibe 33 drei Spuren aufgetragen, von denen die innere und die äußere jeweils eine Indexspur 34, 35 und die mittlere eine Inkrementalspur 36 darstellt. Diese Scheibe 33 eignet sich besonders für eine Erfassung von Drehzahl, Stellwinkel und Rundlauf eines Motors eines Kraftfahrzeuges. Die Spuren 34–36 werden mit Sensoren 14–17, 19, 20 wie in 1 abgetastet. Auch die Erzeugung von logischen Spuren und einem seriellen Code erfolgt wie in 1 beschrieben.In 2 are on a disk 33 three tracks are applied, of which the inner and the outer one index track each 34 . 35 and the middle one incremental track 36 represents. This disc 33 is particularly suitable for detecting the speed, angle and concentricity of an engine of a motor vehicle. The traces 34 - 36 be with sensors 14 - 17 . 19 . 20 as in 1 sampled. Also, the generation of logical tracks and a serial code is as in 1 described.

Deutlich ist an den Indexspuren 34, 35 ein periodischer Wechsel von Codebereichen 37, an denen die Indexmarkierungen 38, 39 komplementär zueinander ausgebildet sind, und Leerlaufbereichen 40, an denen die Indexmarkierungen 41, 42 nicht komplementär zueinander ausgebildet sind, zu erkennen. In jedem der Codebereiche 37 haben die Indexspuren 34, 35 eine andere Abfolge von Indexmarkierungen, so daß sie nach einem Abtasten eindeutig einem bestimmten Stellwinkel der Scheibe 33 zuzuordnen sind.It is clear at the index tracks 34 . 35 a periodic change of code areas 37 where the index marks 38 . 39 are formed complementary to each other, and idle areas 40 where the index marks 41 . 42 are not complementary to each other, recognize. In each of the code areas 37 have the index tracks 34 . 35 another sequence of index marks, so that they clearly follow a scan to a certain adjustment angle of the disk 33 are assigned.

Die Drehzahl des Motors wird aus einer Abtastung der Inkrementalspur 36 hergeleitet. Alternativ dazu kann auch der periodische Wechsel zwischen den Codebereichen 37 und den Leerlaufbereichen 40 der Indexspuren 34, 35 erfaßt werden, da sich hieraus analog der Vorgehensweise aus 1 eine logische Inkrementalspur 28 erzeugen läßt.The speed of the motor is a sample of the incremental track 36 derived. Alternatively, the periodic change between the code areas 37 and the idle areas 40 the index tracks 34 . 35 be detected, since this is analogous to the procedure 1 a logical incremental track 28 can generate.

Zur Bestimmung des Motorrundlaufes sind bei niedriger Drehzahl Schwankungen der Abtastfrequenz der Inkrementalspur 36 heranzuziehen. Bei höherer Drehzahl wird zur Bestimmung des Motorrundlaufs die aus dem periodischen Wechsel der Codebereiche 37 und der nicht komplementären Bereiche 40 die in 1 hervorgegangene logische Inkrementalspur 28 herangezogen.In order to determine the engine circling, fluctuations of the sampling frequency of the incremental track are at low speed 36 consulted. At a higher speed, the motor runout is determined by the periodic change of the code ranges 37 and the non-complementary areas 40 in the 1 emerged logical incremental track 28 used.

Claims

Apparatus for detecting a position of an object moving rotationally or translationally relative to a base with an incremental track having periodic marks and an index track with index marks for indicating an absolute value of the position of the object and a sensor adapted to scan the incremental track, and a sensor which is designed for scanning the index track, characterized in that - for scanning the incremental track ( 2 ) another sensor ( 16 ), the two sensors ( 14 . 16 ) for scanning the incremental track ( 2 ) by half a sampling period ( 18 ) and complementary voltage signals ( 24 . 23 ), that another index track ( 5 ) with index marks ( 10 . 11 ) from a sensor ( 20 ) is scanned, the index marks ( 10 . 11 ) of the further index track ( 5 ) complementary to the index marks ( 7 . 8th ) the index track ( 4 ) are arranged and the sensors ( 19 . 20 ) of the two index tracks ( 4 . 5 ) complementary voltage signals ( 21 . 22 ), that from the complementary voltage signals ( 24 . 23 ) the incremental track ( 2 ) a logical track ( 29 ) and from the complementary voltage signals ( 21 . 22 ) of the index tracks ( 4 . 5 ) a logical track ( 27 ), and - that the position of the object (strip 1 , Disc 33 ) from a serial code ( 32 ) which can be determined in a further logical track ( 31 ), which by linking the logical track ( 27 ) of the index tracks ( 4 . 5 ) and the logical track ( 29 ) the incremental track ( 2 ) arises.

Device according to claim 1, characterized in that the index tracks ( 4 . 5 ; 34 . 35 ) code areas ( 13 ; 37 ) with complementary index marks ( 7 . 8th . 10 . 11 ; 38 . 39 ) and areas ( 12 . 40 ) with index markings not complementary to each other ( 6 . 9 ; 41 . 42 ) to have.

Apparatus according to claim 2, characterized by a periodic change of non-complementary region ( 12 ; 40 ) and complementary code area ( 13 ; 37 ) of the index tracks ( 4 . 5 ; 34 . 35 ).

Device according to one of the preceding Claims, characterized in that above the incremental track ( 2 ; 36 ) four sensors ( 14 - 17 ), each of which is used to sample a quarter of the sample period ( 18 ) is trained.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that all tracks ( 2 . 4 . 5 ; 34 - 36 ) for scanning with optical sensors ( 14 - 17 . 19 . 20 ) are formed.

Use of a device according to one of the preceding claims for detecting a setting angle and a speed and for monitoring the motor circuit of an engine of a motor vehicle.